Спосіб укріплення слабкої обводненої основи відвалу

Спосіб укріплення слабкої обводненої основи відвалу, який включає підготовку основи шляхом формування опорних несучих елементів і розміщення у них фільтруючих порід, який відрізняється тим, що формування опорних несучих елементів здійснюють бурінням кущів вертикальних дренажних свердловин великого діаметру з одночасним послідовним розміщенням засипкою фільтруючих порід у вигляді розкривних скельних порід кожної пробуреної свердловини в кущі, при цьому кущі свердловин розміщують в шаховому порядку на площині слабкої обводненої основи відвалу на відстані L один від одного, яку визначають із виразу 1= h3 • ctge, де Из - глибина заглиблення поверхні ковзання в слабку обводнену основу відвалу, м, яка рівна не менше 0,3 висоти відвалу Н, м, Винахід відноситься до гірничої справи і може бути використаним при укріпленні слабкої обводненої основи відвалу Найбільш близьким технічним рішенням вибраним у якості прототипу являється спосіб укріплення слабкої обводненої основи відвалу, який включає підготовку основи шляхом формування опорних несучих елементів і розміщення у них фільтруючих порід Формування опорних несучих елементів у вигляді гребенів здійснюється шляхом випору (віджаття) порід слабкої обводненої основи відсипкою фільтруючих і розкривних порід В утворених западинах (основах гребенів) між валами випирання спочатку формують опорні гребні, потім засипають вали випирання (проміжки між гребнями) розкривними породами [СССР, Авт свид № 825955, М кл 3 Е21С41/00, 81] Недоліками відомого способу являється недостатня несуча здатність основи при проектних на s - кут між денною поверхнею основи і дотичною до поверхні ковзання, який рівний (45° - ср/2), град , при цьому глибину свердловин в кущах Исв визначають із виразу Исв = Из + 2г, де Из - глибина заглиблення поверхні ковзання в слабку обводнену основу відвалу, м, г - радіус свердловини великого діаметра, м, а КІЛЬКІСТЬ свердловин п в кущі визначають із виразу &F-1 Де AF - надмірний зсувний тиск в слабкій обводненій основі, МПа, 1 - відстань між кущами свердловин, м, SCB - площа зрізу свердловини зсувним тиском, м2, х с к - опір зсуву розкривних скельних порід, МПа, So - площа зрізу слабких обводнених порід основи в створі двох кущів свердловин, м2, х 0 - опір зсуву слабких обводнених порід основи, МПа вантаженнях від маси розкривних скельних порід, в зв'язку з тим, що опорні несучі елементи у вигляді гребенів не володіють опірністю горизонтальними зсувами від діючого надмірного зсувного тиску, так як не відбувається повного віджаття і дренажу слабких обводнених порід в ПІДОШВІ ОСНОВИ І створюються умови формування поверхні ковзання по межі фільтруючих порід і неконсолідуємих порід слабкої обводненої основи Створюваний опорний гребінь між валами випирання із слабких обводнених порід не володіє достатнім опором зсуву від маси розкривних скельних порід засипаних в проміжки між гребенями валів із слабких обводнених порід Тому що засипка валів із слабких обводнених порід приведе до зсуву опорного гребеня за рахунок додаткового бокового навантаження в сторону нижньої зовнішньої брівки віджатих слабких обводнених порід Причиною, яка перешкоджає одержанню тех о ю 50402 нічного результату винаходу, що заявляється прототипом являється наступна формування опорних несучих елементів у вигляді гребенів здійснюють відсипкою порід або фільтруючих матеріалів і порід на денну поверхню слабкої обводненої основи за рахунок и продавлювання і віджаття з утворенням валів випирання При цьому в ПІДОШВІ опорного гребеня остаються неконсолідовані породи слабкої обводненої основи, які його підтримують в граничному стійкому стані Порушення граничної СТІЙКОСТІ стану опорного гребеня відбувається при навантаженні від засипки проміжку між опорними гребенями на поверхню гребеня із слабких обводнених свердловин Виникаючі додаткові зсувні навантаження приводять до горизонтального зсуву опорного гребеня в сторону нижньої зовнішньої брівки віджатих слабких обводнених порід Тому опорні гребені не володіють достатньою несучої здатністю при проектних навантаженнях від маси розкривних скельних порід Завданням винаходу являється розробка способу укріплення слабкої обводненої основи відвалу, в якому шляхом забезпечення можливості консолідації порід слабкої обводненої основи при її зсуву від діючого на неї проектного навантаження відвалу, за рахунок суміщення технологічних операцій по розміщенню фільтруючих порід і формуванню опорних несучих елементів слабкої обводненої основи нейтралізуючих зростання зсувних напруг при вертикальному дренажі в області формування поверхней ковзання, досягають забезпечення достатньої несучої здатності основи при проектних навантаженнях від маси розкривних скельних порід і за рахунок цього створюються умови для скорочення вилучення земель під відвали і для збереження геологічного середовища Поставлене завдання вирішується тим, що у відомому способі укріплення слабкої обводненої основи відвалу, який включає підготовку основи шляхом формування опорних несучих елементів і розміщення у них фільтруючих порід, згідно винаходу формування опорних несучих елементів здійснюють бурінням кущів вертикальних дренажних свердловин великого діаметру з одночасним послідовним розміщенням засипкою фільтруючих порід у вигляді розкривних скельних порід кожної пробуреної свердловини в кущі, при цьому кущі свердловин розміщують в шаховому порядку на площі слабкої обводненої основи відвалу на відстані І один від одного, яку визначають із виразу І = п3 • ctge, де п3 - глибина заглиблення поверхні ковзання в слабку обводнену основу відвалу, м, яка рівна не менш 0,3 висоти відвалу Н, м, є - кут між денною поверхнею основи і дотичною до поверхні ковзання, який рівний (45° - ср/2), град , при цьому глибину свердловини Пев в кущах визначають із виразу hoe = h3 + 2г, де ha - глибина заглиблення поверхні ковзання в слабку обводнену основу відвалу, м, г - радіус свердловини великого діаметру, м, а КІЛЬКІСТЬ свердловин п в кущі визначають із виразу fj — де UF - надмірний зсувний тиск в слабкій обводненій основі, МПа, 1 - відстань між кущами свердловин, м, тск - опір зсуву розкривних скельних порід, МПа, So - площа зрізу слабких обводнених порід основи в створі двох кущів свердловин, м2, то - опір зсуву слабких обводнених порід основи, МПа Суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, наступні - підготовка основи, - підготовка основи шляхом формування опорних несучих елементів, - розміщення в опорних несучих елементах фільтруючих порід, - здійснення формування опорних несучих елементів бурінням кущів вертикальних дренажних свердловин великого діаметру, - розміщення засипкою фільтруючих порід у вигляді розкривних скельних порід послідовно кожної пробуреної свердловини в кущі, - розміщення кущів свердловин в шаховому порядку на площі слабкої обводненої основи відвалу, - розміщення кущів свердловин на відстані І ОДИН ВІД ОДНОГО, - визначення відстані І із виразу, - визначення глибини свердловин п с в кущах із виразу, - визначення КІЛЬКОСТІ свердловин п в кущі із виразу Новими суттєвими ознаками винаходу, що заявляється, наступні - здійснення формування опорних несучих елементів бурінням кущів вертикальних дренажних свердловин великого діаметру, - розміщення засипкою фільтруючих порід у вигляді розкривних скельних порід послідовно кожної пробуреної свердловини в кущі, - розміщення кущів свердловин в шаховому порядку на площі слабкої обводненої основи відвалу, - розміщення кущів свердловин на відстані І ОДИН ВІД ОДНОГО, - визначення відстані І із виразу, - визначення глибини свердловини Псв в кущах із виразу, - визначення КІЛЬКОСТІ свердловин п в кущі із виразу, Указані суттєві ознаки являються необхідними і достатніми у всіх випадках здійснення способу, що заявляється Завдяки тому, що формування опорних несучих елементів здійснюють бурінням кущів вертикальних дренажних свердловин великого діаметру з одночасним послідовним розміщенням засипкою фільтруючих порід у вигляді розкривних скельних порід кожної пробуреної свердловини в кущі, створюються умови обводненої основи по поверхні ковзання при навантажені після підготовки основи 50402 відвальною масою, при якій забезпечується наступне інтенсивний дренаж водоносних порід з розсіянням гідростатичного напору водоносного горизонту в опорних несучих елементах, ущільнення порід, що дренуються з підвищенням кута внутрішнього тертя і зчеплення порід із зниженням величин заглиблення поверхней ковзання, зосередження діючих вертикальних і горизонтальних навантажень на сформовані опорні несучі елементи, що сприяє забезпеченню достатньої несучої здатності основи при проектних навантаженнях від маси розкривних скельних порід і за рахунок цього створенню умов для скорочення вилучення земель під відвали і для збереження геологічного середовища Завдяки тому, що кущі свердловин розміщують в шаховому порядку на площі слабкої обводненої основи відвалу на відстані І один від одного, яку визначають із виразу І = h3 • ctge, де h3 - глибина заглиблення поверхні ковзання в слабку обводнену основу відвалу, м, яка рівна не менш 0,3 висоти відвалу Н, м, є - кут між денною поверхнею основи і дотичною до поверхні ковзання, який рівний (45° - ср/2), град , відбувається перехоплення проскакування дренуючих вод між кущами свердловин і прискорення консолідації слабких порід основи, утворення призми упору зсувним напругам в слабкій обводненій основі і перерозподіл в плані навантаження напругам в слабкій обводненій основі і перерозподіл в плані навантаження від маси відвалу, який відсипається між опорними несучими елементами вертикальних дренажних свердловин і поверхнею слабкої обводненої основи відвалу Визначення величини заглиблення поверхні ковзання в слабку обводнену основу відвалу h з урахуванням кута між денною поверхнею основи і дотичною до поверхні ковзання, рівною (45° - ср/2), град , дозволяє визначити відстань між кущами свердловин І, а це дає можливість одержанню проектних значень несучої здатності основи при проектних навантаженнях від маси розкривних скельних порід при вертикальному дренажі і консолідації слабких порід основи, що сприяє забезпеченню достатньої несучої здатності основи при проектних навантаженнях від маси розкривних скельних порід і за рахунок цього створення умов для скорочення вилучення земель під відвали і для збереження геологічного середовища Завдяки тому, що глибину свердловин псе, визначають із виразу Псв = П 3 + 2Г, де п3 - глибина заглиблення поверхні ковзання в слабку обводнену основу відвалу, м, г - радіус свердловини великого діаметру, м, відбувається перекриття зони зсувів в слабкій обводненій основі відвалу по поверхні ковзання, в тому числі по найбільш заглибленій поверхні п3, на величину 2г, яка надійно зв'язує заробку кінця свердловини С ціликовою частиною основи, як С менш напруженою його областю, що сприятиме забезпеченню достатньої несучої здатності основи при проектних навантаженнях від маси розкривних скельних порід і за рахунок цього створенню умов для скорочення вилучених земель під відвали і для збереження геологічного середовища Завдяки тому, що КІЛЬКІСТЬ свердловин п в кущі визначають із виразу де UF - надмірний зсувний тиск в слабкій обводненої основі, МПа, І - відстань між кущами свердловин, м, SCB - площа зрізу свердловини зсувним тиском, м2, то - опір зсуву розкривних скельних порід, МПа, So - площа зрізу слабких обводнених порід основи в створі двох кущів свердловин, м2, то - опір зсуву слабких обводнених порід основи, МПа, відбувається нейтралізація надмірного зсувного тиску за рахунок його концентрації на опорних несучих елементах слабкої обводненої основи і його розосередження між кущами свердловин, що сприятиме забезпеченню достатньої несучої здатності основи при проектних навантаженнях від маси розкривних скельних порід і за рахунок цього створюватимуться умови під відвали і для збереження геологічного середовища Таким чином завдяки сукупності відомих і нових суттєвих ознак стало можливим здійснення між ними причинно-наслідкового зв'язку, що забезпечить одержання технічного результату винаходу, що заявляється Суттєвість винаходу пояснюється кресленнями, де на фіг 1 зображена схема розміщення кущів вертикальних дренажних свердловин, на фіг 2 - розріз по А-А фіг 1, на фіг 3 - розріз по Б-Б фіг 1 Спосіб здійснюється наступним чином До формування відвалу (фиг 1) на слабкій обводненої основі 1, обмеженої в плані контуром 2, роблять формування опорних несучих елементів бурінням в основі 1 кущів 3 вертикальних дренажних свердловин 4 великого діаметру (більш 1м) Буріння їх роблять з одночасним послідовним розміщенням засипкою фільтруючих порід 5 у вигляді розкривних скельних порід кожної пробуреної свердловин в кущі 3 на глибину нижче створення поверхні ковзання 6 (фіг 2) КІЛЬКІСТЬ свердловин 4 в кущі 3 для розміщення в них фільтруючих порід 5 визначається із умов їх роботи на зріз з розміщеними в них фільтруючими породами 5 і відстані І міх кущами З Для цього визначаємо надмірний зсувний тиск UF на 1 пог м в слабкій обводненій основі 1, площу зрізу свердловини 4 зсувним тиском SCK, опір зсуву розкривних скельних порід тск, засипаних в свердловину 4, площу зрізу слабких обводнених порід основи 1 в створі двох кущів 3 свердловин So, опір зсуву слабких обводнених порід основи то і відстані І між кущами 3 свердловин 4 На основі оцінки протитиску слабкої обводненої основи відвалу, що укріпляється надмірному зсувному тиску при проектних навантаженнях від маси розкривних скельних порід при вертикальному дренажі і консолідації слабких обводнених порід визначають КІЛЬКІСТЬ свердловин п в кущі 3 із виразу ti ~ • •T^+So-To де AF - надмірний зсувний тиск в слабкій обводненій основі, МПа, 1 - відстань між кущами свердловин, м, 50402 м2, SCB - площа зрізу свердловини зсувним тиском, тск - опір зсуву розкривних скельних порід, МПа, So - площа зрізу слабких обводнених порід основи в створі двох кущів свердловин, м2, то - опір зсуву слабких обводнених порід основи, МПа, де відстань І визначають із виразу І = h3 • ctge, де h3 - глибина заглиблення поверхні ковзання в слабку обводнену основу відвалу, м, яка рівна не менш 0,3 висоти відвалу Н, м, є - кут між денною поверхнею основи і дотичною до поверхні ковзання, який рівний (45° - ср/2), град , яка залежить від положення поверхні ковзання 6 в слабкій обводненій основі 1 на глибині h при її виході на денну поверхню із створенням кута є, між денною поверхнею основи 1 і дотичною поверхні ковзання 6 При формуванні кущів 3 свердловин 4 за рахунок вертикального дренажу і консолідації слабких порід основи 1 відбувається зниження величини кута є, яка підвищує несучу здатність основи 1 і протитиск проектної величини надмірного зсувного тиску Кущі 3 свердловин 4 розміщають на площі слабкої обводненої основи 1 в шаховому порядку на відстані І між кущами 3 свердловин 4 При цьому буріння свердловин 4 в кущі 3 роблять на площі, обмеженою радіусом куща 3R = 1,4 rVn, де 1,4 коефіцієнт ЩІЛЬНОСТІ розміщення свердловин на площі куща, г - радіус свердловин великого діаметру, п - КІЛЬКІСТЬ свердловин великого діаметру Буріння свердловин 4 в кожному кущі 3 роблять на глибину П в нижче заглиблення поверхні с ковзання 6 в слабкій обводненій основі відвалу 1 h на величину рівну двом радіусам свердловини 4 більшого діаметру для забезпечення можливості формування протитиску опорних несучих елементів надмірному зсувному тиску після їх засипки фільтруючими породами 5 у вигляді розкривних скельних порід Глибину П к свердловин 4 П к в кущі 3 визнае е чають із виразу 8 гірничо-збагачувальний комбінат" Криворізького залізорудного басейну на площі розширення його проектних контурів в сторону р Інгулець виконані роботи по укріпленню слабкої обводненої основи відвалу, які характеризуються наступним проектна висота відвалу Н = 100м, розрахункова величина заглиблення поверхні ковзання в слабку обводнену основу відвалу висотою 100м п3 = 30м, кут між денною поверхнею основи і дотичною до поверхні ковзання при куті внутрішнього тертя ф порід слабкої обводненою основи, рівного 10° (ctg40 = 1,19) є = 40°, радіус свердловини великого діаметру г = 0,63м, площа зрізу свердловини зсувним тиском SCB = 1,25м2, к= 0,2МПа = упір зсуву розкривних ске= 20т/м; льних порід площа зрізу слабких обводнених порід основи в створі двох кущів свердловин (при відстані І між кущами свердловин рівному So = 22,5м; 35,7м) опір зсуву слабких обводто = 0,02МПа нених порід основи = 2т/м2, розрахунковий надмірний зсувний тиск в слабкій обводненій основі при проектній висоті відвалу 100м урахуванням нормативного коефіцієнту запасу його UF = 0,1 МПа = СТІЙКОСТІ, рівного 1,2 10т/м2 Визначають КІЛЬКІСТЬ П вертикальних дренажних свердловин в кущі із виразу 10x35,7 1,25x20 + 2 2 , 5 x 2 ' Псв = П 3 + 2Г, де п3 - глибина заглиблення поверхні ковзання в слабку обводнену основу відвалу, м, г - радіус свердловини великого діаметру, м Заглиблення h визначають по ВІДОМІЙ методиці [Методические указания по расчету устойчивости и несущей способности стволов - Л ВНИМИ, 1987 С 30-34) Після буріння кожної свердловини 4 в кущі 3 в кожній пробуреній свердловині 4 розміщають засипкою фільтруючі породи 5 у вигляді розкривних скельних порід Сформовані опорні несучі елементи кущами З вертикальних дренажних свердловин 4, розміщених в шаховому порядку на площі основи 1 при заданій глибині п с в і заданій відстані І між ними при визначеній КІЛЬКОСТІ свердловин п в кущі забезпечать розвантаження тиску відвальної маси на поверхню основи при вертикальному дренажі Приклад До формування відвалу № 2 ВАТ "Інгулецький 357 70 Приймаємо 5 свердловин Свердловини в кущі розміщують на площі, обмеженою радіусом куща, який визначають із виразу .= 1,4x0,63x75; Буріння свердловин в кущі роблять з одночасним послідовним розміщенням у них фільтруючих порід у вигляді розкривних скельних порід Кущі свердловин розміщені в шаховому порядку на рівних один від одного відстанях І, які визначають із виразу 50402 30'ctg(45°-tO°/2), Буріння свердловин в кожному кущі здійснюють на глибину hoe = 31,26м, тобто нижче глибини заглиблення поверхні ковзання h3 = 30м в слабку основу відвалу на величину рівну 2г = 1,26м, г радіус свердловини великого діаметру, рівний 0,63м Витягнена при бурінні десяти кущів порода свердловин в об'ємі до 2000м3, частково вивезена автотранспортом (1000м3) частина, яка залишилася - розміщена між суміжними кущами В пробурених свердловинах розміщено 850т розкривних скельних порід При дослідно-промислової ВІДСИПЦІ відвалу в свердловинах за рахунок притоку води, яка віджимається із під навантаженої площі відбувся самовплив на поверхню основи і наступне розсіяння гідростатичного напору Підготовлена таким чином слабка обводнена основа володіє достатньою несучою здатністю 10 основи при проектних навантаженнях від маси розкривних скельних порід відвалу на висоту до 100м при вертикальному дренажі і консолідації слабких порід основи і за рахунок цього створюються умови для скорочення вилучення земель під відвали і для охорони геологічного середовища Застосування способу укріплення слабкої обводненої основи відвалу по винаходу, що заявляється дозволить забезпечити достатню несучу здатність основи при проектних навантаженнях від маси розкривних скельних порід, за рахунок чого створяться умови для скорочення вилучення земель під відвали і для збереження геологічного середовища Технічний результат досягається шляхом забезпечення можливості консолідації порід слабкої обводненої основи при її зсуві від діючого на неї проектного навантаження відвалу за рахунок суміщення технологічних операцій по розміщенню фільтруючих порід і формуванню опорних несучих елементів слабкої обводненої основи нейтралізуючих зростання зсувних напруг при вертикальному дренажі в області формування поверхней ковзання ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71